低品位三水鋁石型鋁土礦選礦試驗研究

艾光華，劉俊星

（1．江西理工大學，江西 贛州341000；2．太原理工大學，山西 太原030024）

隨著國內低溫拜耳法生產氧化鋁產能的迅速擴大，對進口三水鋁土礦的需求也越來越大。據中國海關的數據統計，2009年全國進口鋁礦石約1970萬t，2010年上半年進口鋁礦石約1400萬t。與進口鋁礦石數量不斷增長不同的是，其質量出現很大程度的下降。主要表現在礦石有效鋁硅比的降低，對低溫拜耳法生產氧化鋁的經濟性造成了很大的負面影響。

由于優質鋁土礦資源日益減少，目前對中低品位三水鋁石型鋁土礦的開發利用開展了大量的研究，并已取得一定的成功。對易洗的三水鋁石型中低品位鋁土礦，采用工藝簡單的洗礦方法進行脫硅；而對于難洗的三水鋁石型鋁土礦的脫硅研究，主要以浮選的方法為主。楊小生、李艷軍等以氧化石蠟皂和塔爾油作捕收劑，碳酸鈉、水玻璃、六偏磷酸鈉等作調整劑，磨礦細度75%－200目時，碳酸鈉用量4 000g／t、水玻璃2kg／t、六偏磷酸鈉250 g／t、捕收劑用量700 g／t、浮選礦漿濃度28．57%，精礦回收率達到63．49%，精礦鋁硅比達到11．18［1］。陳志友、李旺興等以斐濟的三水鋁石型鋁土礦洗礦精礦為原料，ZYY作為捕收劑，碳酸鈉和六偏磷酸鈉作調整劑，在磨礦細度86%－200目時，p H值為9．5，六偏磷酸鈉80g／t，捕收劑用量1200 g／t，精礦的鋁硅比9．06，回收率76．79%［2］。本試驗以山東鋁業公司進口的某三水鋁石型鋁土礦為原料，通過采用分級浮選流程，考察磨礦細度、捕收劑和調整劑用量等多因素條件試驗，以提高此礦石的有效鋁硅比為目的，探索低鋁硅比三水鋁石型鋁土礦的有效脫硅途徑。

1 礦石性質

此三水鋁石型鋁土礦主要含鋁礦物為三水鋁石，含硅礦物主要為高嶺石和石英，并含赤鐵礦、鋁針鐵礦等。原礦礦物含量和化學組成見表1和表2。原礦破碎到－2mm后的粒度組成見表3。

表1 原礦礦物含量／%

表2 原礦化學組成／%

表3 原礦粒度組成

2 試驗方法

通過對原礦的篩分分析可以發現，如果原礦沒有經過磨礦而直接進行分級，其中鋁硅礦物很難實現有效分離，各粒級產品含硅仍然較高；而對原礦進行一定程度的磨礦后發現，其中的鋁硅礦物分布隨粒度變化呈現出較好的規律性，尤其大于100目的粗顆粒含硅量得到了明顯降低，但同時，小于100目的細顆粒其中鋁硅礦物的含量隨粒級變化不大。因此，可以認為，若不經過磨礦而僅僅利用分級洗礦，很難實現礦物的有效脫硅。較好方案應該是：原礦經過一定程度的磨礦后，先通過分級，得到一部分粗顆粒直接作為粗粒精礦，而剩下的細顆粒再進行浮選法脫硅，再得到細粒精礦，兩精礦合并成最終精礦。

3 選礦試驗

3.1 選擇性磨礦試驗研究

磨礦試驗主要針對礦石中三水鋁石和高嶺石礦物結晶特性和物理性質的差異，在不同的磨礦條件下，使一部分易磨的高嶺石礦物優先磨碎進入細粒級礦物中，從而達到富集礦物的作用。詳細的磨礦試驗結果，如表4所示。

通過選擇性磨礦試驗研究發現，＋100目粒級的產品中，三水鋁石的含量隨著磨礦的加強先增加然后再降低，而高嶺石的相對含量卻隨磨礦時間的延長呈先降低而后增加的趨勢；當磨礦細度為＋100含量為27．67%時，粗粒級產品質量最好，其中三水鋁石含量為68．1%，高嶺石含量為8．90%。

表4 選擇性磨礦試驗研究結果

3.2 細粒浮選條件試驗

3．2．1 碳酸鈉用量試驗研究

在p H調整劑篩選試驗研究中，選擇了Na2CO3和NaOH進行對比。研究結果表明，采用Na2CO3作p H調整劑，浮選效果明顯優于使用NaOH時，這主要由于Na2CO3除可調整礦漿酸堿度外，還能起到分散礦漿、不同程度的抑制硅酸鹽礦物的作用。因此，試驗研究最后確定采用Na2CO3作為浮選p H調整劑。碳酸鈉在鋁土礦浮選中起重要的作用，它可調節鋁土礦浮選的適宜p H條件，對含鋁硅酸鹽礦物起分散作用，減少礦漿中鈣、鎂離子對鋁土礦浮選的影響。條件試驗流程如圖1所示。Na2CO3用量確定試驗研究結果見表5。

研究結果表明：堿性條件下，隨著Na2CO3用量的變化，浮選精礦的質量變化不明顯，浮選精礦三氧化鋁的品位在53%左右；但是，精礦中三氧化鋁的回收率卻隨著捕收劑用量的增加呈下降趨勢。綜合考慮，最后確定Na2CO3用量為6000g／t。

圖1 條件試驗流程

3．2．2 抑制劑種類的篩選及用量試驗研究

浮選實踐表明，抑制劑用量對浮選過程有著重要的影響作用。首先，如果用量不夠，脈石礦物抑制效果差，實現礦物有效分離難；其二，若抑制劑用量太多，既會造成不必的藥劑浪費，也會使目的礦物受到一定程度地抑制，從而影響浮選效果。試驗流程見圖1，進行了Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三種不同抑制劑的對比試驗研究。研究結果表明，使用抑制劑Ⅰ進行浮選分離，無論是對精礦質量，還是對產率都能獲得較好選別指標。原礦經一次粗選，可獲得Al2O3品位為55．98%、SiO2品位為7．19%、Al2O3作業回收率為69．26%的粗精礦。同時，進行了抑制劑Ⅰ用量試驗，條件試驗流程見圖1。抑制劑Ⅰ用量試驗研究結果見表6。

表5 Na2 CO3用量試驗條件及結果

表6 抑制劑Ⅰ用量試驗結果

由表6可知，隨著抑制劑用量的增加，浮選粗精礦質量不斷的提高，但浮選粗精礦產率卻先增加而后減少。當抑制劑用量達1080g／t時，此時原礦篩去＋100顆粒，經一次粗選后，浮選粗精礦中三氧化鋁含量高達56．10%，但此時浮選精礦的產率卻只有16．09%，浮選尾礦產率為52．80%，說明在抑制高嶺石的同時，三水鋁石也被抑制了。考慮到粗選既要確保較高的回收率，同時也要求粗精礦具有一定的品位，以便給后續精選作業奠定良好的基礎。因此，綜合考慮，最后確定抑制劑最佳用量為600 g／t原礦。3．2．3 捕收劑用量試驗研究

進行了捕收劑種類篩選試驗研究，在試驗過程中，固定p H調整劑Na2CO3用量6000g／t，抑制劑Ⅰ用量600g／t，磨礦細度約65%。捕收劑用量和試驗結果如表7所示。條件試驗流程見圖1。

研究結果表明，最初隨著捕收劑用量的增加，浮選精礦中Al2O3的品位略有下降，Al2O3回收率卻有較大的增加；但當捕收劑用量達200g／t時，浮選精礦中Al2O3回收率和Al2O3品位變化趨向于平緩；但當捕收劑用量繼續增大超過300g／t時，大量硅礦物開始上浮，導致浮選精礦質量明顯下降，其中浮選精礦Al2O3品位只有49．56%、而SiO2含量卻高達9．81%。因此，最后確定粗選最佳捕收劑用量為200g／t，此時浮選精礦產率36．19%、Al2O3品 位 55．14%、SiO2含 量為7．74%。

3．2．4 綜合開路試驗研究

我國經濟社會不斷發展，養老服務體系不斷完善、居民生活水平不斷提高，但我國各區域之間經濟發展仍不平衡，產業結構之間仍存在很大差異。本文對我國區域產業結構分布及特征進行深入實證分析研究，得出如下結論。

在前面一系列條件試驗的基礎上，確定了各選別階段最佳工藝參數，進行綜合開路試驗研究，綜合開路的試驗流程見圖2。試驗研究結果見表8。

綜合開路試驗研究結果表明：原礦磨至－100目占64．17%時，＋100目作為精礦1，而－100目產品再進入浮選，通過一粗一掃一精的原則流程，可獲得Al2O3含量57．93%、含二氧化硅6．60%、產率為31．54%的浮選精礦，總精礦產率為67．37%，此時浮選尾礦中的二氧化硅含量已達40．17%，浮選脫硅效果良好。綜合開路試驗研究結果見表8。

3.3 閉路試驗

在確定原則工藝流程和各種條件試驗的基礎上，并增加一次精選，進行了實驗室全流程閉路試驗，閉路試驗流程如圖3所示，各產品礦物組成分析見表9，閉路試驗研究結果見表10。

表7 捕收劑用量試驗條件及結果

表8 綜合開路試驗研究結果

圖2 綜合開路試驗流程

圖3 閉路試驗流程

表9 閉路試驗各產品礦物組成分析

O

尾礦 25．82 32．78 17．06 30．9 16．2 8．8 11．3 49．80 9．60

6．38 2．08

表10 閉路試驗研究結果

閉路試驗結果表明：精礦1中三水鋁石的品位為65．90%、高嶺石含量6．70%、有效鋁的回收率為40．11%；精礦2中三水鋁石的品位為70．90%、高嶺石含量12．40%、有效鋁的回收率為52．29%；最終精礦中三水鋁石的品位為68．64%、高嶺石含量9．82%、有效鋁的回收率為92．40%、有效鋁中＋100目含量為45．21%。總精礦的鋁硅比達5．41，有效鋁硅比為11．07，三水鋁石的回收率為92．41%，閉路試驗結果指標良好。

4 結語

（1）某地進口的三水鋁石型鋁土礦主要含鋁礦物為三水鋁石，少量的為一水軟鋁石；含硅礦物主要為高嶺石和石英，并含赤鐵礦、鋁針鐵礦等。

（2）針對礦石中三水鋁石和高嶺石礦物結晶特性和物理性質的差異，在不同的磨礦條件下，可以使一部分易磨的高嶺石礦物優先磨碎進入細粒級礦物中，從而達到含鋁礦物在粗粒級富集的目的。

（3）依據礦石性質特點，采用分級浮選流程，獲得了總精礦的鋁硅比達5．41，有效鋁硅比為11．07，三水鋁石的回收率為92．41%的良好試驗效果。

［1］ 楊小生．浮選方法提高三水鋁石鋁硅比的研究 ［J］．金屬礦山，2006，31 （5）：14－17．

［2］ 陳志友．三水鋁石型鋁土礦的浮選脫硅試驗研究 ［J］．輕金屬，2008 （7）：7－10．